第9章交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護(hù)措施

1、第9章 交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護(hù)措施9-1 交流電氣化鐵道對通信線路的干擾概述9-2 危險(xiǎn)電壓影響9-3 雜音干擾影響9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施第第9章章 交流電氣化鐵道對通信線路的交流電氣化鐵道對通信線路的影響及防護(hù)措施影響及防護(hù)措施9-1 交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述9-1 交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述交流電氣化鐵道對通信線的干擾概述9-1-1 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的原因9-1-2 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的分類9-1-1 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的原因 9-1-1 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的原因牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的原因 單相工頻交流制的牽引網(wǎng)

2、是一種不對稱供電方式，作為送電導(dǎo)線的是架空接觸線，而擔(dān)任回流導(dǎo)線的則是鋼軌和大地。因?yàn)榻佑|線和鋼軌及大地的距離都較遠(yuǎn)，所以電力機(jī)車牽引電流在基中形成的電磁場無法平衡，將對鄰近的通信線路和其他弱電線路產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，可以破壞這些線路的正常工作，甚至危及設(shè)備及人身安全。9-1-2 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的分類 9-1-2 牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的分類牽引網(wǎng)對通信線路產(chǎn)生影響的分類 1、按產(chǎn)生的根源 可分為三種：靜電感應(yīng)影響、電磁感應(yīng)影響、傳導(dǎo)電流影響。 前兩種分別由牽引網(wǎng)的電壓和電流所引起；而后一種影響是由于牽引電流流過鋼軌-大地時(shí)，使大地的不同點(diǎn)出現(xiàn)不同的電位所引起，所以，傳導(dǎo)電流影響僅

3、限于對采用“導(dǎo)線-地”傳輸形式的弱電線路。 2、按性質(zhì) 可分為兩種：危險(xiǎn)電壓影響、雜音干擾影響。 前者指牽引網(wǎng)對鄰近通信線路的感應(yīng)影響；嚴(yán)重到足以危及設(shè)備絕緣或接觸這些被感應(yīng)線路和設(shè)備的人員的人身安全；后者指這種影響破壞了通信線路的正常工作，例如使電話線路中出現(xiàn)干擾雜音、降低通信質(zhì)量等。 因此，研究電氣化鐵道對通信線路的影響和防護(hù)措施非常重要。9-2 危險(xiǎn)電壓影響 單相工頻交流牽引網(wǎng)對通訊線路造成的危險(xiǎn)電壓影響，包括靜電感應(yīng)影響和電磁感應(yīng)影響兩種。9-2 危險(xiǎn)電壓影響危險(xiǎn)電壓影響9-2 危險(xiǎn)電壓影響9-2-1 靜電感應(yīng)影響9-2-2 電磁感應(yīng)影響9-2-3 危險(xiǎn)電壓9-2 危險(xiǎn)電壓影響危險(xiǎn)電壓

4、影響9-2-1 靜電感應(yīng)影響 9-2-1 靜電感應(yīng)影響靜電感應(yīng)影響 當(dāng)架空接觸網(wǎng)對地有交變電壓時(shí)，將會在周圍空間建立起電場，從而使這個(gè)空間的各點(diǎn)具有一定電位，位于這個(gè)電場中的中性導(dǎo)體就會出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。當(dāng)忽略通信線本身原有電荷和它的感應(yīng)束縛電荷的影響時(shí)，可認(rèn)為位于此電場中某處的導(dǎo)線將具有當(dāng)它不存在時(shí)該處所具有的電位。 靜電感應(yīng)計(jì)算示意圖如圖9-1所示。9-2-1 靜電感應(yīng)影響 位于接觸網(wǎng)附近的通信線中的感應(yīng)電壓計(jì)算式為： VUcbabcKUcA222(9-1) 由式9-1可知，靜電感應(yīng)電壓主要是與接觸網(wǎng)與通信線間距離及接觸網(wǎng)電壓有關(guān)，而與接觸網(wǎng)中有無電流無關(guān)。而且UA也是工頻交流電壓，與Uc同

5、相 位 。 當(dāng) a 值 增 大 時(shí) ， 靜 電 感 應(yīng) 電 壓 將 迅 速 衰 減 。 當(dāng)b=6m,c=5m,Uc=25kV,取K=0.4，可有a與Uc的關(guān)系如表9-1所示。9-2-2 電磁感應(yīng)影響 9-2-2 電磁感應(yīng)影響電磁感應(yīng)影響 1、影響電磁感應(yīng)的因素 一般的架空三相電力線路，其電磁場基本平衡，所以電磁感應(yīng)影響很小，除兩線一地制外，均不予考慮。 單相工頻交流牽引網(wǎng)的構(gòu)成，由于等值地回流深度Dg很大，接觸網(wǎng)電流產(chǎn)生的磁場不能被抵消，所以對鄰近的通信線路就產(chǎn)生了電磁感應(yīng)影響。當(dāng)通信線路與接觸網(wǎng)相距較近，平行長度又較長時(shí)，在通信線中感應(yīng)的電勢會達(dá)到危險(xiǎn)的程度。 電磁感應(yīng)電勢的大小主要取決于牽

6、引電流和兩線路的平行接近長度。 對于與牽引網(wǎng)相鄰的通信纜，在防護(hù)磁場的感應(yīng)影響上，將受到三種屏蔽的作用，即：鋼軌、外皮、相鄰的電纜芯線的屏蔽作用。9-2-2 電磁感應(yīng)影響 2、通信線中的電磁感應(yīng)電勢 可用下式計(jì)算：根的電纜電纜芯為14795. 090. 01coooorcrrLjRRZZ(9-3) 式中：corpcccLMIE(9-2)9-2-3 危險(xiǎn)電壓 9-2-3 危險(xiǎn)電壓危險(xiǎn)電壓 對靜電感應(yīng)影響和電磁影響會因具體情況不同而體現(xiàn)各有側(cè)重。一般情況下，對架空通信線路的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)影響都應(yīng)同時(shí)考慮，這時(shí)在通信線中引起的總感應(yīng)電勢應(yīng)為兩者的相量和。即：2221AAEEE(9-4) 危險(xiǎn)電壓

7、當(dāng)通信線中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢超過一定限度而危及設(shè)備和和身安全時(shí)，稱之危險(xiǎn)電壓。 為確保設(shè)備安全和維護(hù)、操作人員的人身安全，規(guī)定了通信線受影響的允許標(biāo)準(zhǔn)。通信線的危險(xiǎn)電壓允許標(biāo)準(zhǔn)，主要取決于危險(xiǎn)電壓可能產(chǎn)生的通過人體的電流、電壓及其作用時(shí)間。危險(xiǎn)電壓作用的時(shí)間越短，對人身安全就越有保證。人體阻抗與外加電壓和皮膚干燥程度有關(guān)，如表9-2所示。9-2-3 危險(xiǎn)電壓地回路導(dǎo)線導(dǎo)線回路導(dǎo)線26 .0226 .0gSgSUUUU(9-5) 危險(xiǎn)電壓的允許標(biāo)準(zhǔn)可歸納為以下三條： 1）在接觸網(wǎng)正常工作狀態(tài)下，通信線路中感應(yīng)的縱電動勢不得超過60V。 2）在接觸網(wǎng)短路故障狀態(tài)下，在架空明線通信線中感應(yīng)電勢不得超過4

8、30V；而電纜芯線中感應(yīng)電勢不得超過電纜絕緣試驗(yàn)電壓的60%；對采用遠(yuǎn)距離直流供電的電纜通信線路，在其電纜芯線上的感應(yīng)電勢不應(yīng)超過下列允許值： 3）當(dāng)人體同時(shí)遭受靜電感應(yīng)影響的通信線與地時(shí)，通過人體的靜電感應(yīng)電流不得超過15mA。9-3 雜音干擾影響9-3 雜音干擾影響雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 1、雜音干擾綜述 我國電氣化鐵道目前使用的交流電力機(jī)車，大都采用硅整流的直流牽引電動機(jī)傳動方式。近年來，隨著大功率晶閘管技術(shù)的發(fā)展，某些國家已大量采用晶閘管整流裝置代替調(diào)壓開關(guān)、水銀整流管和硅整流器實(shí)現(xiàn)無級調(diào)壓，大大改善了機(jī)車性能。所有這些都將導(dǎo)致接觸網(wǎng)電流中含有大量高次諧波分量，從而對通信線路

9、音頻話路造成嚴(yán)重雜音干擾。因電力機(jī)車采用的是全波整流，所以其電流波形中僅含有奇數(shù)次諧波，如表9-3所示。9-2 雜音干擾影響 2、不同頻率諧波對人耳的影響 頻率不同的各次諧波，對人耳產(chǎn)生的聽覺音響效果不一樣。各次諧波電流的影響程度與800Hz電流的影響程度之比值稱為該次諧波的音響作用系數(shù)Pk，用實(shí)驗(yàn)方法測出的不同頻率的諧波電流對800Hz電流的音響作用系數(shù)如表9-4所示。9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 3、800Hz等效干擾電流 計(jì)算交流電氣化鐵道對通信線路的雜音干擾影響，通常用按等效800Hz等效干擾電流計(jì)算雜音電壓的近似方法。 800Hz等效干擾電流如果接觸網(wǎng)中流過的某一電流值，

10、它在鄰近的通信線路中所引起的雜音電壓，與接觸網(wǎng)中實(shí)際存在的全部諧波電流在鄰近的通信線路中所引起的雜音電壓相等，則該800Hz的電流稱為800Hz等效干擾電流。其計(jì)算式為：271322kkkcJePKKKII(9-6) 式9-6中各量的值分別如表9-48所示。9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響9-2 雜音干擾影響 4、交流牽引網(wǎng)對通信雜音干擾電壓據(jù)通信線長度不同計(jì)算 （1）當(dāng)通信線路長度La小于供電臂長度L時(shí)，雜音電壓為：mVLIMUeocereeem7102(9-7) 式9-7中各量的值分別如表9-910所示。9-2 雜音干擾影響 （2）當(dāng)通信線路長度La超過供電臂長

11、度L時(shí)，雜音電壓為：mVLshLshLshIMUaeeeceeocereeem21027(9-8) 式9-8中各量的值如表9-11所示。9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施 對通信線路的防護(hù)可以從產(chǎn)生影響的牽引供電系統(tǒng)和被影響的通信線路兩方面加以考慮。 從通信線路方面考慮：1）將架空通信明線改為高屏蔽通信電纜或光纜通信線路；2）將架空通信明線拆遷到交流電氣化鐵道影響范圍以外；3）在通信線路中加裝中和變壓器、低頻絕緣變壓器、幻通諧振變壓器、屏蔽變壓器、橫向接地變壓器、陶瓷放電管、雜音抑制器等；4）在通信器械設(shè)備方面

12、，采用增音站、諧振短路器、諧振分路器、雜音補(bǔ)償器、音響沖擊限制器、抗干擾人工電報(bào)機(jī)等。 從電氣化鐵道方面考慮：1）采用DN供電方式；2）采用BT供電方式；3）采用AT供電方式；4）采用CC供電方式；5）限制供電臂的長度；6）合理選用電力機(jī)車類型。9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施9-4 防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措防護(hù)交流牽引網(wǎng)對通信線路干擾的措施施9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-3 自耦變壓器供電方式9-4-4 同軸電纜供電方式9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式 9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式帶架空回流線的直接供電方式 直接

13、供電方式供電回路的構(gòu)成最簡單，工程投資、運(yùn)營成本和維修工作量都少；但對鄰近通信線路的干擾影響嚴(yán)重，鋼軌電位比其他供電方式要高。 為了保留直接供電方式的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，在其結(jié)構(gòu)上增設(shè)與軌道并聯(lián)的架空回流線，就成了帶回流線的直接供電方式，簡稱DN供電方式，如圖9-3所示。 它與直接供電方式相比，有以下改善： 1）原來流經(jīng)軌道、大地的回流，一部分改由架空回流線流回牽引變電所，其方向與接觸網(wǎng)中饋電電流方向相反，架空回流線與接觸網(wǎng)距離較近，因此相當(dāng)于對鄰近通信線路增加了屏蔽效果。 2）牽引網(wǎng)阻抗和軌道電位都有所降低。9-4-1 帶架空回流線的直接供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 9-4-2 吸流

14、變壓器供電方式吸流變壓器供電方式 1、工作原理 吸流變壓器回流線裝置就是以加強(qiáng)接觸網(wǎng)和回流線間互感耦合的辦法來達(dá)到比較對稱供電的目的。 吸流變壓器供電方式在牽引網(wǎng)中，每相距1.54km，設(shè)置一臺變比為1：1的電力變壓器。它的一次繞組串接在接觸導(dǎo)線上，其二次繞組則串接在特設(shè)的回流線或鋼軌上。通常有吸流變壓器-回流線方式和無回流線方式兩種方式。如圖9-4所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式 吸-回方式的工作原理如圖9-5所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式 2、BT供電方式的剩余感應(yīng)影響 1）由BT的激磁電流引起的感應(yīng)影響； 2）接觸導(dǎo)線和回流線對通信線路的相對位置不同而產(chǎn)生的環(huán)路影響； 3）鋼軌

15、內(nèi)感應(yīng)電流對通信線產(chǎn)生的二次感應(yīng)影響； 3、影響吸-回裝置對通信線的防護(hù)效果的主要因素 1）運(yùn)行中的機(jī)車位置 當(dāng)電力機(jī)車位于供電臂吸上線處時(shí)，吸-回裝置具有最佳的防護(hù)效果，此時(shí)牽引網(wǎng)對通信線的電磁感應(yīng)影響只有“長回路”影響。 當(dāng)電力機(jī)車運(yùn)行于吸流分段中其余位置時(shí)，從機(jī)車到鄰近吸上線之間的長度內(nèi)，牽引網(wǎng)仍然是以接觸網(wǎng)-軌道大地或軌道大地-回流線不對稱回路向電力機(jī)車供電，這種因電力機(jī)車運(yùn)行位置變化致使局部供電回路仍按不對稱方式工作所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)影響，稱為“半段效應(yīng)”。 如圖9-6和9-7所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 2）通信線與接觸網(wǎng)平行接近距離對裝置防護(hù)效

16、果的影響 當(dāng)通信線與接觸網(wǎng)的平行接近距離較大時(shí)，吸-回裝置的“長回路”屏蔽系數(shù)是十分理想的。但當(dāng)通信線與接觸網(wǎng)的平行接近距離較小時(shí)，接觸網(wǎng)-回流線的環(huán)路影響顯著增加，導(dǎo)致“長回路”屏蔽系數(shù)的迅速惡化。單線電氣化鐵道吸-回裝置“長回路”屏蔽系統(tǒng)與平行接近距離的關(guān)系曲線如圖9-8所示。 3）吸-回裝置中個(gè)別吸流變壓器故障解列時(shí)對裝置防護(hù)效果的影響 在整個(gè)供電臂范圍內(nèi)，一般有十余臺吸流變壓器組成一套吸-回裝置。運(yùn)行中吸流變壓器故障解列的情況是可能發(fā)生的。正確地估計(jì)在這種不正常運(yùn)行條件下的防護(hù)作用并在設(shè)計(jì)裝置時(shí)適當(dāng)加以考慮，對保證通信設(shè)備和維護(hù)人員的安全是必需的。由于吸流變壓器解列是一種不正常運(yùn)行方式

17、，這時(shí)的危險(xiǎn)電壓允許標(biāo)準(zhǔn)與正常方式時(shí)有所不同，允許將標(biāo)準(zhǔn)由60V提高到150V。 4）牽引網(wǎng)短路 當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致副邊繞組吸流不足，使吸-回裝置的防護(hù)效果降低。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 4、吸-回裝置對牽引供電系統(tǒng)的不利影響 1）牽引網(wǎng)阻抗增大； 2）牽引網(wǎng)電壓損失增大； 3）牽引網(wǎng)電能損失增大； 4）對接觸網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。 5、吸流變壓器的分布和主結(jié)線 目前吸流變壓器大都是1.54km安裝一臺，吸流變壓器的分布，首先應(yīng)結(jié)合接觸網(wǎng)錨段分布情況，一般吸流變壓器設(shè)置在錨段關(guān)節(jié)處，并將該錨段關(guān)節(jié)改為4跨電分段。吸流變壓器一般不得設(shè)在隧道內(nèi)

18、、大橋上、或容易遭到塌方落石等危害的地方。 吸-回裝置的主結(jié)線如圖9-11所示。 吸流變壓器臺的結(jié)構(gòu)一般為桿上式，如圖9-12所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式 6、吸-回裝置的防護(hù)效果 為了檢驗(yàn)吸-回裝置對通信線路的防護(hù)效果，曾進(jìn)行過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表9-13及9-14所示。9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-2 吸流變壓器供電方式9-4-3 自耦變壓器供電方式 9-4-3 自耦變壓器供電方式自耦變壓器供電方式 1、AT供電方式的原理結(jié)線 如圖9-13所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 為了盡可能減少對通信線路產(chǎn)生的電磁干擾，正饋線與接觸導(dǎo)線架設(shè)在

19、同一支柱上。其接線如圖9-14所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 2、AT供電方式對通信線路的防護(hù)原理 交流牽引網(wǎng)對通信線的感應(yīng)影響，主要與牽引電流在回路的分布情況有關(guān)。如圖9-15所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 實(shí)際上由于AT漏抗很小，使電力機(jī)車在AT區(qū)間以外的AT向電力機(jī)車供給的電流為0，可得出理想情況下的電流分布情況表示，如圖9-16所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 3、AT供電方式的特點(diǎn) 與吸-回裝置相比較，AT供電方式具有以下特點(diǎn)： 1）AT供電方式中自耦變壓器是并聯(lián)連接在接觸懸掛和正饋線之間的，提高了供電可靠性； 2）AT供電方式的饋電電壓高，所以供電能力大，電壓下降率

20、??； 3）AT供電方式能有效地減弱對通信線的感應(yīng)影響。 4、采用AT供電方式的牽引供電系統(tǒng)所用的牽引變壓器 AT供電方式的牽引變電所，按牽引變電所的結(jié)線型式可分為三相-兩相結(jié)線、三相十字交叉結(jié)線等。 三相-兩相結(jié)線通常采用斯科特結(jié)線方式和YN，阻抗匹配平衡結(jié)線；而三相十字交叉結(jié)線通常采用三相雙繞組十字交叉結(jié)線和三相三繞組YN，d11，d11十字交叉結(jié)線。9-4-3 自耦變壓器供電方式 5、AT牽引網(wǎng)9-4-3 自耦變壓器供電方式 （1）AT供電方式牽引網(wǎng)的構(gòu)成 如圖9-21所示。AT供電回路的絕緣保護(hù)圖如圖9-22所示。9-4-3 自耦變壓器供電方式 （2）AT開閉所 如圖9-21所示。AT供電回路的絕緣保護(hù)圖如圖9-22所示。 AT牽引網(wǎng)供電臂一般較長，可達(dá)4050km。為了減小牽引網(wǎng)故障時(shí)的停電范圍，常在供電臂中間設(shè)置開閉所，實(shí)行保護(hù)分段。此外，在重要的區(qū)段站、編組站或電力機(jī)務(wù)段所在站也可設(shè)置開閉所進(jìn)行分段。 （3）AT分區(qū)所 復(fù)線區(qū)段分區(qū)的